蔣冬雁　陳平　李偉雄

【摘 要】目前，廣西自動(dòng)氣象站溫度的采集都是采用鉑電阻溫度傳感器，文章主要探討了鉑電阻溫度傳感器的檢定過(guò)程中所采用的方法和思路，參照《自動(dòng)氣象站溫度傳感器檢定規(guī)程》[JJG（氣象）002—2015]和《測(cè)量不確定度評(píng)定和表示》（JJF1059—2012），分析計(jì)算檢定過(guò)程中測(cè)得的數(shù)值，進(jìn)行A類和B類不確定度的分析評(píng)定，最后計(jì)算出合成不確定度和擴(kuò)展不確定度。

【關(guān)鍵詞】鉑電阻溫度傳感器;自動(dòng)氣象站;不確定度;評(píng)定

【中圖分類號(hào)】P415.12 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）04-0059-02

自動(dòng)氣象站采集的要素很多，溫度是其中一個(gè)重要的要素。溫度和人們的生活息息相關(guān)，因此獲取準(zhǔn)確有效的溫度尤為重要，而溫度的取得離不開(kāi)溫度傳感器。目前國(guó)內(nèi)氣象自動(dòng)站溫度的采集主要用鉑電阻溫度傳感器。由于傳感器具有漂移性，會(huì)隨時(shí)間的推移和環(huán)境的改變等因素慢慢地出現(xiàn)一定的誤差，所以需要定期檢定或校準(zhǔn)。鉑電阻溫度傳感器檢定的依據(jù)是《自動(dòng)氣象站鉑電阻溫度傳感器檢定規(guī)程》（JJG（氣象）002—2015），因?yàn)閲?yán)格意義上真值是無(wú)法得到的，所以測(cè)量是存在誤差的。為了確保測(cè)量值接近真值，只有對(duì)檢定過(guò)程中得出的結(jié)果進(jìn)行不確定度分析和評(píng)定，才能保證鉑電阻溫度傳感器探測(cè)出的數(shù)據(jù)有效且可靠。

1 鉑電阻溫度傳感器工作原理、性能

鉑電阻溫度傳感器是利用鉑金屬特性（其阻值會(huì)隨溫度上升而變化的特性）來(lái)測(cè)量溫度的（如圖1所示）。

2 鉑電阻溫度傳感器的檢定

將溫度傳感器和標(biāo)準(zhǔn)SWJ型二等鉑電阻放置于恒溫槽中，通電、開(kāi)機(jī)在溫度設(shè)定點(diǎn)穩(wěn)定15 min以上后開(kāi)始計(jì)數(shù)，0.02 ℃是各讀數(shù)的最大允許誤差，根據(jù)檢定規(guī)程被測(cè)溫度傳感器與標(biāo)準(zhǔn)二等鉑電阻溫度傳感器的差值小于0.2 ℃時(shí)合格。此次檢定過(guò)程采用的溫度檢定點(diǎn)為-30 ℃、-10 ℃、0 ℃、20 ℃、50 ℃、80 ℃，為各溫度檢定點(diǎn)，每隔1 min讀取1次各檢定點(diǎn)的溫度值，共讀取6次，然后計(jì)算它們之間的差值（求值誤差）進(jìn)行測(cè)量。得出的6次誤差結(jié)果平均，其平均值選定為最優(yōu)估計(jì)值。

3 檢定結(jié)果不確定度評(píng)定

GUM法是評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度的基礎(chǔ)，評(píng)定結(jié)果不確定度的GUM法是參照《測(cè)量不確定度評(píng)定表示》（JJF 1059—2012）方法，如圖2所示。

3.1 數(shù)學(xué)模型

△t=td-ts

公式中：△t為鉑電阻溫度傳感器示值誤差;td為被測(cè)儀器的讀數(shù);ts為標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器的讀數(shù)。

3.2 A類不確定度評(píng)定

A類評(píng)定度是若干次重復(fù)測(cè)量結(jié)果平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差（見(jiàn)表1），先通過(guò)各檢定點(diǎn)進(jìn)行6次誤差值的測(cè)量，然后分析6次檢定值的誤差值是否存在異常值，在傳感器的測(cè)量流程中，30 s讀一次標(biāo)準(zhǔn)器和被測(cè)溫度傳感器的讀數(shù)，連續(xù)讀6次數(shù)值，由于極差法的測(cè)量次數(shù)以4～9次為宜，滿足極差法的使用條件，因此用極差法重復(fù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，并進(jìn)行計(jì)算。

U（T）=S（■）=R/C■ ℃

從JJF 1059.1—2012查表得出，當(dāng)n=6次時(shí)，C=2.53。根據(jù)查表得出的結(jié)果代入公式，計(jì)算出重復(fù)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3.3 B類不確定度評(píng)定

B類不確定度評(píng)定是通過(guò)分析各方面的信息來(lái)源，比如校準(zhǔn)證書(shū)提供的數(shù)據(jù)或以前的測(cè)量數(shù)據(jù)，檢定人員的經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范及其他技術(shù)文件等相關(guān)信息，進(jìn)行科學(xué)判斷，得出估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。根據(jù)鉑電阻溫度傳感器的檢定特點(diǎn)分析其測(cè)量結(jié)果的B類不確定度來(lái)源，主要包括溫度場(chǎng)不均勻性、標(biāo)準(zhǔn)器引入不確定度、被測(cè)傳感器溫度表分度值。

3.4 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

由于不確定度分量相互之間獨(dú)立存在，在協(xié)方差為零的情況下用方根合成，則B類合成不確定度UB=UB12+UB22+UB32+UB42=0.036，因A、B兩個(gè)不確定度分量之間相互獨(dú)立不相關(guān)，即相關(guān)系數(shù)R1.2=0，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為UC=UA2+UB2。

各檢定點(diǎn)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度見(jiàn)表2。

3.5 擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度：U=KU，U為包含因子。

U（△T）=KU（△T）=2U（△T）

為了方便比較測(cè)量結(jié)果，擴(kuò)展不確定度一般視為正態(tài)分布，取K=2，從而計(jì)算出擴(kuò)展不確定度（見(jiàn)表3）。

4 結(jié)語(yǔ)

由于鉑電阻溫度傳感器具有漂移性，必須對(duì)鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行定期的校準(zhǔn)、檢定，對(duì)測(cè)量到的數(shù)值計(jì)算估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和其他已有信息進(jìn)行評(píng)估，即A類和B類不確定評(píng)定，根據(jù)各輸入量之間的相關(guān)性及數(shù)學(xué)模型的非線性合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，從而計(jì)算出擴(kuò)展不確定度。通過(guò)分析計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證所用鉑電阻溫度傳感器是否符合要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]晏敏，柳鳴，劉希林，等.鉑電阻溫度傳感器檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定[J].氣象研究與應(yīng)用，2007，38（1）：140-143.

[2]魏明明，鄭德彬，劉禹杉.鉑電阻溫度傳感器檢定結(jié)果的不確定度分析與評(píng)定[J].氣象水汶海洋儀器，2018，35（2）：1-4.

[3]張建敏，羅昶，呂文華.氣象計(jì)量測(cè)試指南[M].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2011，15-27.

[4]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.測(cè)量不確定評(píng)定與表示（JJF 1059.1—2012）[M].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013.

[5]朱樂(lè)坤，鄭麗香.自動(dòng)氣象站各要素傳感器檢定結(jié)果的不確定度分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006，17（5）：635-642.

[6]倪育才.實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2008.

[7]中國(guó)氣象局.自動(dòng)氣象站鉑電阻溫度傳感器檢定規(guī)程[M].北京：氣象出版社，2015.

[8]趙旭，邵長(zhǎng)亮，遲曉珠，等.自動(dòng)氣象站溫度傳感器檢定方法改進(jìn)研究[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，31（5）：179-183.

[9]中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì).二級(jí)注冊(cè)計(jì)量師基礎(chǔ)知識(shí)及專實(shí)務(wù)[M].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2017.

[10]李施，支詢，邢婉茹.鉑電阻溫度傳感器測(cè)量結(jié)果的不確定度分析[J].科技風(fēng)，2013（23）：11-12.

[11]謝國(guó)坤，賈亞娟，鄭凱.智能溫度控制系統(tǒng)研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2018（5）：111-112.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]